1、第一章第一章 有机合成基础有机合成基础第1页，共69页。第一节第一节 有机合成的基础知识有机合成的基础知识 有机反应中的电子效应和空间效应有机反应中的电子效应和空间效应 有机反应试剂有机反应试剂 有机反应溶剂和催化剂有机反应溶剂和催化剂 合成反应器合成反应器 有机合成反应计算有机合成反应计算第二节第二节 有机反应类型及其基本原理有机反应类型及其基本原理第三节第三节 有机催化、合成新技术有机催化、合成新技术第2页，共69页。第二节第二节 有机反应类型及其基本原理有机反应类型及其基本原理一一.有机反应的基本过程有机反应的基本过程二二.有机反应的类型有机反应的类型三三.有机反应基本原理有机反应基本原
2、理第3页，共69页。一一.有机反应的基本过程有机反应的基本过程 五个基本过程：五个基本过程：键的断裂键的断裂 键的形成键的形成 键的断裂与形成同步发生键的断裂与形成同步发生 分子内重排作用分子内重排作用 电子传递电子传递 第4页，共69页。1、键的断裂、键的断裂均裂：均裂：通过加热、光照及过氧化剂引发通过加热、光照及过氧化剂引发异裂：异裂：通过烷基化、极性试剂参与反应通过烷基化、极性试剂参与反应第5页，共69页。均裂均裂第6页，共69页。异裂异裂 第7页，共69页。2、键的形成键的形成 两个游离基结合成键两个游离基结合成键两个游离基结合成键两个游离基结合成键 两个带相反电荷的质点结合成键两个带
3、相反电荷的质点结合成键(2)键的形成键的形成 一个离子与一个中性分子成键一个离子与一个中性分子成键一一个离子与一个中性分子成键个离子与一个中性分子成键2.键的形成键的形成第8页，共69页。3、断键与成键同步发生断键与成键同步发生 断裂一个单键，形成断裂一个单键，形成个单键个单键 第9页，共69页。一个双键转化成单键一个双键转化成单键(或三键转化成双键或三键转化成双键)，同时形成一个单键，同时形成一个单键 第10页，共69页。4、分子内重排作用、分子内重排作用 基团带着一对电子迁徙（如形成带电子基团）基团带着一对电子迁徙（如形成带电子基团）基团带着原键中一个电子迁移（如形成自由基团）基团带着原键
4、中一个电子迁移（如形成自由基团）基团迁移时不带原键中电子（如碳骨架重排）基团迁移时不带原键中电子（如碳骨架重排）第11页，共69页。基团带着一对电子迁移基团带着一对电子迁移 CH3CCH3CH2+CH3CH3C+CH2CH3CH3第12页，共69页。3，3二甲基二甲基2-丁醇脱水产物是丁醇脱水产物是2，3二甲基二甲基2丁烯丁烯 第13页，共69页。基团带着原来键中的一个电子迁移基团带着原来键中的一个电子迁移 第14页，共69页。基团迁移时不带原来的键合电子基团迁移时不带原来的键合电子 第15页，共69页。5、电子传递、电子传递 Fe+十 R-0H Fe+十 RO十 OH-Fe+十 PhO-H
5、Fe+十 PhO十 H+通过有机、无机介质进行有机氧化还原反应。通过有机、无机介质进行有机氧化还原反应。第16页，共69页。第17页，共69页。二、有机反应的分类（二、有机反应的分类（反应机理反应机理）（一）加成（一）加成包括亲电加成和亲核包括亲电加成和亲核亲电加成亲电加成 控制步骤为碳正离子中间体的形成控制步骤为碳正离子中间体的形成亲核加成亲核加成 控制步骤为亲核试剂的加成控制步骤为亲核试剂的加成（二）消除（二）消除包括包括-消除和消除和-消除消除-消除反应消除反应 相对较少相对较少 -消除反应消除反应 双分子双分子E2和单分子和单分子E1两种历程两种历程根据取代基类型的不同进行的反应分类根
6、据取代基类型的不同进行的反应分类第18页，共69页。（三）取代（三）取代包括以下三种途径包括以下三种途径 1、同步取代（如、同步取代（如SN2）2、先消除再加成（如、先消除再加成（如SN1）3、先加成再消除、先加成再消除 1）羰基亲核加成）羰基亲核加成 2）芳香碳亲核取代）芳香碳亲核取代 3）芳香碳亲电取代）芳香碳亲电取代 4）芳香碳上游离基取代）芳香碳上游离基取代 （四）缩合（四）缩合 1、羟醛缩合、羟醛缩合 2、酯缩合、酯缩合 3、安息香缩合、安息香缩合 4、迈克尔缩合、迈克尔缩合 5、狄尔斯、狄尔斯-阿德尔缩合阿德尔缩合第19页，共69页。（五）重排（五）重排 1、分子内重排、分子内重排
7、 2、分子间重排、分子间重排 （六）周环反应六）周环反应 1、环化反应、环化反应 2、电环化反应、电环化反应 3、螯键反应、螯键反应 4、-位移重排闭环位移重排闭环 5、烯、烯-烯反应烯反应 （七）氧化还原反应（七）氧化还原反应 1、催化氧化；、催化氧化；4、催化还原；、催化还原；2、电解氧化；、电解氧化；5、电解还原；、电解还原；3、化学试剂氧化；、化学试剂氧化；6、化学试剂还原。、化学试剂还原。第20页，共69页。三、有机反应基本原理三、有机反应基本原理 （一）取代反应（一）取代反应 取代反应通常是指与碳原子相连的原子或基团被另一取代反应通常是指与碳原子相连的原子或基团被另一个原子或基团所
8、替代的反应。个原子或基团所替代的反应。可分为可分为亲电取代、亲核取代及游离基取代反应亲电取代、亲核取代及游离基取代反应三类。三类。其中，比较重要的是其中，比较重要的是脂肪族的亲核取代脂肪族的亲核取代、芳香族的亲电取芳香族的亲电取代代和亲核取代和亲核取代反应。反应。第21页，共69页。脂肪族的亲核取代反应可以用以下通式表达：脂肪族的亲核取代反应可以用以下通式表达：此反应是亲核试剂对带有部分正电荷的碳原子进行攻击，属于此反应是亲核试剂对带有部分正电荷的碳原子进行攻击，属于亲核取代反应，用亲核取代反应，用SN表示。表示。亲核试剂可以是中性的，也可以带有负电荷。亲核试剂可以是中性的，也可以带有负电荷。
9、脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应中，以卤代烷的亲核取代最脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应中，以卤代烷的亲核取代最为典型。其反应历程可分为为典型。其反应历程可分为SN2和和SN1两种类型。两种类型。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代反应中心碳原子中心碳原子受攻击对象，受攻击对象，称为底物称为底物亲核试剂或称进入基团亲核试剂或称进入基团反应中离开的反应中离开的基团，称为离基团，称为离去基团去基团第22页，共69页。（1）双分子亲核取代反应（）双分子亲核取代反应（SN2）发生发生SN2的一般通式是：的一般通式是：过渡态过渡态 以伯卤代烷的水解为例：以伯卤代烷的水解为例：1脂肪族的亲核取代反应脂肪
10、族的亲核取代反应该历程中旧的化学键断该历程中旧的化学键断裂和新的化学键形成是裂和新的化学键形成是同时的，没有中间产物同时的，没有中间产物生成，反应同步进行生成，反应同步进行第23页，共69页。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代反应 亲核试剂从离去基团的背面，接近中心碳原子，并与亲核试剂从离去基团的背面，接近中心碳原子，并与之形成较弱的键。由于亲核试剂的插入，离去基团与中心之形成较弱的键。由于亲核试剂的插入，离去基团与中心碳原子的键开始变弱，中心碳原子上的其它三个键也逐渐碳原子的键开始变弱，中心碳原子上的其它三个键也逐渐从远离离去基团的地方向接近离去基团的方向偏移。当这从远离离去基团的地方向
11、接近离去基团的方向偏移。当这三个键同处于一个平面，并垂直于亲核试剂、中心碳原子三个键同处于一个平面，并垂直于亲核试剂、中心碳原子和离去基团三者所连成的直线时，即形成了过渡态。这个和离去基团三者所连成的直线时，即形成了过渡态。这个过程较慢，是速度控制步骤。过程较慢，是速度控制步骤。当过渡态向产物转化时，离去基团当过渡态向产物转化时，离去基团X离开中心碳原子。离开中心碳原子。同时，处于一个平面内的三个键完全转向另一边，完成了同时，处于一个平面内的三个键完全转向另一边，完成了构型的逆转。构型的逆转。构型逆转是发生构型逆转是发生SN2的重要标志。的重要标志。由于是双分由于是双分子的共同作用，才形成了过
12、渡状态，所以叫双分子亲核取子的共同作用，才形成了过渡状态，所以叫双分子亲核取代反应。该反应为二级反应，反应速度可表示为：代反应。该反应为二级反应，反应速度可表示为：第24页，共69页。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代反应 （2）单分子亲核取代反应（）单分子亲核取代反应（SN1）发生发生SN1的一般通的一般通式是：式是：反应物首先离解为正碳离子与带负电荷的离去基团，反应物首先离解为正碳离子与带负电荷的离去基团，此步反应速度慢，是整个反应的控制步骤。当反应物分子此步反应速度慢，是整个反应的控制步骤。当反应物分子离解后，正碳离子马上与亲核试剂结合，其速度极快，是离解后，正碳离子马上与亲核试剂结
13、合，其速度极快，是快速反应步骤。由于决定反应速度的一步只涉及一种分子，快速反应步骤。由于决定反应速度的一步只涉及一种分子，是单分子的，因此这种反应是单分子亲核取代反应。该反是单分子的，因此这种反应是单分子亲核取代反应。该反应为一级反应，反应速度可表示为：应为一级反应，反应速度可表示为：v=k RL 碳正离子中间体碳正离子中间体第25页，共69页。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代反应 （3）影响因素）影响因素 影响亲核取代反应历程和速度的因素主要有：影响亲核取代反应历程和速度的因素主要有：底物的结构底物的结构离去基团和亲核试剂的性质、浓度离去基团和亲核试剂的性质、浓度溶剂的性质、空间位阻等
14、。溶剂的性质、空间位阻等。第26页，共69页。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代反应 反应物的结构反应物的结构。反应物的结构对反应物的结构对SN1和和SN2反应速度有不同的影响。例如卤代反应速度有不同的影响。例如卤代烷的水解，按烷的水解，按SN2历程进行时，其反应速度的快慢顺序是：伯卤烷仲历程进行时，其反应速度的快慢顺序是：伯卤烷仲卤烷叔卤烷；按卤烷叔卤烷；按SN1历程进行，则是：烯丙基卤苄基卤代物叔卤历程进行，则是：烯丙基卤苄基卤代物叔卤烷仲卤烷伯卤烷烷仲卤烷伯卤烷CH3X。SN2反应一般发生在伯碳原子上，很难成为有位阻分子反应一般发生在伯碳原子上，很难成为有位阻分子的反应机理，并且取代
15、基越多，按的反应机理，并且取代基越多，按SN2机理反应的可能性机理反应的可能性越小。越小。第27页，共69页。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代反应 离去基团离去基团。离去基团携带着原来共有的一对电子而离去，离去基团携带着原来共有的一对电子而离去，离去基团的碱性离去基团的碱性越强，其离去能力越弱，反之亦然。离子的碱性随着所在越强，其离去能力越弱，反之亦然。离子的碱性随着所在周期的增加而降低。周期的增加而降低。一般情况下，离去基团的离去能力的大小一般情况下，离去基团的离去能力的大小顺序是：顺序是：RSO3IBrCl RCOOOHNH2第28页，共69页。1脂肪族的亲核取代反应脂肪族的亲核取代
16、反应 亲核试剂亲核试剂。亲核试剂的性质，在亲核试剂的性质，在SN1历程中对反应速度没有影响；但在历程中对反应速度没有影响；但在SN2历程中，由于亲核试剂是组成过渡态的一部分，它的性质对历程中，由于亲核试剂是组成过渡态的一部分，它的性质对反应速度有明显的影响。反应速度有明显的影响。一般来讲，试剂的负电性、碱性和可一般来讲，试剂的负电性、碱性和可极化性越强，其亲核性也越强。极化性越强，其亲核性也越强。各种亲核试剂的亲核能力的大各种亲核试剂的亲核能力的大小顺序为：小顺序为：C2H5OOHPhOCH3CH2H2O 在同族元素中，亲核试剂随着原子序数的增大，其给出电在同族元素中，亲核试剂随着原子序数的增
17、大，其给出电子倾向也越大，从而使亲核性增强。子倾向也越大，从而使亲核性增强。IBrClF 在发生亲核取代反应的同时，存在着消除反应的竞争。其中，在发生亲核取代反应的同时，存在着消除反应的竞争。其中，SN2和和E2的最大的最大区别在于前者是对中心碳原子的进攻，而后者则是碱性物质对氢原子的进攻。区别在于前者是对中心碳原子的进攻，而后者则是碱性物质对氢原子的进攻。第29页，共69页。2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应芳香族化合物中的芳环芳香族化合物中的芳环是一个环状的共轭体系，是一个环状的共轭体系，环上的环上的-电子云高度电子云高度离域，具有很高的流离域，具有很高的流动性，容易与亲电试动性，
18、容易与亲电试剂发生亲电取代反应。剂发生亲电取代反应。主要包括磺化、硝化、主要包括磺化、硝化、卤化、卤化、C C烷化、烷化、C C酰化、酰化、C C羧化、氯甲羧化、氯甲基化等亲电取代反应。基化等亲电取代反应。第30页，共69页。芳烃能和一系列亲电试剂形成配合物：芳烃能和一系列亲电试剂形成配合物：芳烃和亲电能力弱的试剂芳烃和亲电能力弱的试剂形成形成配合物配合物（试剂与芳环平面两（试剂与芳环平面两侧的侧的环状环状电子云电子云发生松散结合，未形成真正的化学键）。稳定发生松散结合，未形成真正的化学键）。稳定性差。性差。芳烃和芳烃和亲电能力亲电能力强的试剂强的试剂形成形成配合物配合物（试剂夺取芳环上的（试
19、剂夺取芳环上的一对电子，与环上的某一一对电子，与环上的某一C原子形成原子形成键），或称芳正离子。较键），或称芳正离子。较为稳定，有时能分离得到。为稳定，有时能分离得到。CF3NO2+BF4-.配合物配合物 配合物配合物CF3HNO2BF4+-.2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应（1）芳香族）芳香族-络合物与络合物与-络合物络合物第31页，共69页。2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应亲电能力较弱的试剂（例如：亲电能力较弱的试剂（例如：HCl、HBr、Ag+等）等）例如，将例如，将HCl气体通入苯中，气体通入苯中，HCl与苯生成与苯生成-络合物：络合物：这种络合物是由芳环供给这种络
20、合物是由芳环供给电子生成的，电子生成的，-络合物中络合物中HClHCl的质子与苯环的的质子与苯环的电子之间只有微弱的作用，并没有生电子之间只有微弱的作用，并没有生成新的共价键，成新的共价键，H HClCl键也没有破裂。键也没有破裂。-络合物通常为无络合物通常为无色或淡黄色，其溶液不导电。色或淡黄色，其溶液不导电。第32页，共69页。2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应 芳烃能与亲电能力较强的试剂（例如：芳烃能与亲电能力较强的试剂（例如：HClHClAlClAlCl3 3、HFHF、HFHFBFBF3 3等）生成等）生成-络合物。例如：络合物。例如：被无水被无水AlCl3强烈极化的强烈极化
21、的HCl中氢原子带有较多的正电荷，在反应瞬间中氢原子带有较多的正电荷，在反应瞬间能以能以H的形式插入苯环的的形式插入苯环的-电子层里面，夺取一对电子，并与苯环上的某电子层里面，夺取一对电子，并与苯环上的某一特定碳原子连接起来，形成一特定碳原子连接起来，形成键。键。-络合物为橙色，有时甚至为黑色，络合物为橙色，有时甚至为黑色，-络合物溶液能导电。络合物溶液能导电。第33页，共69页。2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应-络合物与络合物与-络合物之间存在着平衡：络合物之间存在着平衡：CF3+NO2F-+BF3CF3HNO2BF4-100-50CF3NO2+HF+BF3+H+CF3NO2+BF
22、4-.-.CC硝基氟硝基氟配合物配合物三氟化硼三氟化硼三氟化硼三氟化硼 配合物配合物苯三氟甲烷苯三氟甲烷第34页，共69页。（2）亲电取代反应历程）亲电取代反应历程 亲电试剂进攻芳环时，先形成亲电试剂进攻芳环时，先形成-络合物，然后进一络合物，然后进一步作用，形成步作用，形成-络合物。该络合物脱去质子，恢复原芳络合物。该络合物脱去质子，恢复原芳环结构，从而完成亲电取代反应的全过程。环结构，从而完成亲电取代反应的全过程。对于大多数亲电取代反应来说，形成对于大多数亲电取代反应来说，形成-络合物是反络合物是反应速度的控制步骤。应速度的控制步骤。2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应第35页，共6
23、9页。表表1 配合物和配合物和配合物的相对稳定性配合物的相对稳定性 氯化和硝化的相对速度（对二甲苯的为氯化和硝化的相对速度（对二甲苯的为1.00）芳 烃配合物的相对稳定性（K2）配合物的相对稳定性（K1）氯化速度k氯化（乙酸中，Cl2）硝化速度k硝化（环丁砜中NO2+BF-）苯甲苯对二甲苯邻二甲苯间二甲苯1,2,4-三甲苯1,2,3-三甲苯1,2,3,4,-四甲苯1,2,3,5-四甲苯五甲苯0.090.631.001.126636940016000290000.610.921.001.131.261.361.461.631.670.0050.1571.002.12003404002000240
24、0003600000.510.851.000.890.84甲基取甲基取代度对代度对配合配合物影响物影响大大甲基取代度甲基取代度的变化对的变化对配合物配合物（稳定性）（稳定性）影响小影响小氯化过程氯化过程配合物的配合物的生成是控生成是控制步骤制步骤第36页，共69页。实验数据表明，大多数亲电取代经过实验数据表明，大多数亲电取代经过配合物，且是控配合物，且是控制步骤。制步骤。配合物的相对稳定性还可以用来解释配合物的相对稳定性还可以用来解释亲电取代的定位规律。亲电取代的定位规律。第37页，共69页。（3）苯环的亲电取代定位规律）苯环的亲电取代定位规律 当苯环上已有一个或多个取代基时，再引入新的取代当
25、苯环上已有一个或多个取代基时，再引入新的取代基，它进入的位置与已有取代基的性质、亲电试剂（被引基，它进入的位置与已有取代基的性质、亲电试剂（被引入取代基）的性质以及反应条件等因素有关。其中入取代基）的性质以及反应条件等因素有关。其中已有取已有取代基代基Z的性质最为重要。的性质最为重要。2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应第38页，共69页。1 1）影响定位的主要因素影响定位的主要因素 已有取代基已有取代基Z的性质的性质 亲电试剂的性质亲电试剂的性质也包括：也包括：反应条件：主要温度、催化剂和溶剂。反应条件：主要温度、催化剂和溶剂。上述因素中，最重要的是已有取代基上述因素中，最重要的是已有
26、取代基Z的极性效应。的极性效应。芳香取代反应中，苯系芳香取代反应中，苯系亲电取代反应亲电取代反应研究的最多，也最重研究的最多，也最重要要。极性效应极性效应空间效应空间效应极性效应极性效应空间效应空间效应2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应第39页，共69页。2）两类定位基两类定位基已有取代基已有取代基 Z 对新取代基对新取代基 E 的定位作用有两种：的定位作用有两种：第一类定位基第一类定位基 邻、对位定位基：邻、对位定位基：-O-、-N(CH3)3、-NH2、-OH、-OCH3、-NHCOCH3、-OCOCH3、-F、-Cl、-Br、-I、-CH3、-CH2Cl、-CH2COOH、-CH
27、2F等。等。Z邻 位EZ对位E第40页，共69页。第二类定位基第二类定位基 间位定位基：间位定位基：-N+(CH3)3、-CF3、-NO2、-CN、-SO3H、-COOH、-CHO、-COOCH3、-COCH3、-CONH2、-N+H3、-CCl3。Z间 位E2芳香族的亲电取代反应芳香族的亲电取代反应第41页，共69页。两类取代基有三种不同的表现方式：两类取代基有三种不同的表现方式：活化苯环的邻、对位定位基活化苯环的邻、对位定位基钝化苯环的邻、对位定位基钝化苯环的邻、对位定位基钝化苯环的间位定位基钝化苯环的间位定位基具体见表第42页，共69页。3 3）苯环的定位规律苯环的定位规律 已有取代基的
28、极性效应已有取代基的极性效应（苯环的定位规律六之一）苯环的定位规律六之一）对不可逆亲电取代反应，苯环上已有取代基对不可逆亲电取代反应，苯环上已有取代基Z的极性效的极性效应不同，所生成的各异构应不同，所生成的各异构配合物的稳定性不同，由此解释配合物的稳定性不同，由此解释其定位作用。其定位作用。用共振结构来解释：用共振结构来解释：已有取代基已有取代基Z的的苯与取代物苯与取代物E发生发生亲电取代可以生成邻、对和间位三种亲电取代可以生成邻、对和间位三种配合物，每一种配合配合物，每一种配合物都可以看作是物都可以看作是三种共振结构杂化三种共振结构杂化的结果。的结果。第43页，共69页。当当Z具有正诱导效应
29、具有正诱导效应I（即供电效应），邻位或对位的配合物更容易使正电荷分散到（即供电效应），邻位或对位的配合物更容易使正电荷分散到Z上，从而使配合物更稳定。所以这类取代基使苯环活化，并且是邻、对位定位。上，从而使配合物更稳定。所以这类取代基使苯环活化，并且是邻、对位定位。如果如果Z具有负的诱导效应具有负的诱导效应I（即吸电效应），则与之相反，使苯环上电子云密度（即吸电效应），则与之相反，使苯环上电子云密度降低，使三种配位化合物都不稳定，邻、对位更不稳定，所以这类取代基使苯环钝化，且降低，使三种配位化合物都不稳定，邻、对位更不稳定，所以这类取代基使苯环钝化，且是间位定位。是间位定位。ZHE+ZHE第4
30、4页，共69页。ZHE+ZHE+：当当Z和苯环之间有共轭效应时，共轭效应有时与诱导效应的方向一致，和苯环之间有共轭效应时，共轭效应有时与诱导效应的方向一致，有时相反，一般情况下共轭效应起主导作用。当有时相反，一般情况下共轭效应起主导作用。当Z中同苯环相连的原子具有未共有中同苯环相连的原子具有未共有电子对时，可以把未共有电子分散到苯环上，使配位物稳定，尤其是对邻位和对位。电子对时，可以把未共有电子分散到苯环上，使配位物稳定，尤其是对邻位和对位。第45页，共69页。苯环上取代基的分类苯环上取代基的分类 第第1类：类：.取代基只有正的诱导效应取代基只有正的诱导效应（I，供电，供电效应效应），），如烷
31、基，使苯环活化，且是邻、对位定位基。其中甲基还具有如烷基，使苯环活化，且是邻、对位定位基。其中甲基还具有超共轭效应，其活化作用大于其它烷基。超共轭效应，其活化作用大于其它烷基。第46页，共69页。.取代基中同苯环相连的原子具有未共用电子对取代基中同苯环相连的原子具有未共用电子对，如-O-、-N(CH3)3、-NH2、-OH、-OCH3、-NHCOCH3、-OCOCH3、-F、-Cl、-Br、-I等。其未共用电子对和苯环形成正的共轭效应（其未共用电子对和苯环形成正的共轭效应（T），属邻、对位定位基。除共轭效应外，且均有诱导效应。其），属邻、对位定位基。除共轭效应外，且均有诱导效应。其中中氨基和羟
32、基，其（氨基和羟基，其（T）（I）,故使苯环活化故使苯环活化。对于卤素，对于卤素，（T）（I）,故使苯环稍稍钝化。故使苯环稍稍钝化。第47页，共69页。第第2类：类：取代基具有负的诱导效应（取代基具有负的诱导效应（I，吸电效应），吸电效应），而且同苯环相连的原子没有未共用电子对，如：而且同苯环相连的原子没有未共用电子对，如：-N+(CH3)3、-CF3、-NO2、-CN、-SO3H、-COOH、-CHO、-COOCH3、-COCH3、-CONH2、-N+H3、-CCl3等。其中一些还有负的共等。其中一些还有负的共轭效应（轭效应（T）。）。使苯环钝化，间位定位。使苯环钝化，间位定位。第48页，共
33、69页。苯环上已有取代基定位作用的电子效应解释苯环上已有取代基定位作用的电子效应解释。具有给电子性的取代基，将使所连苯环上的电子云密度增加，尤其在具有给电子性的取代基，将使所连苯环上的电子云密度增加，尤其在邻、对位处增加得更多，对苯环有活化作用，有利于亲电试剂对这些位置邻、对位处增加得更多，对苯环有活化作用，有利于亲电试剂对这些位置的进攻，所以新引入的取代基主要进入其邻、对位，因此，具有给电子性的进攻，所以新引入的取代基主要进入其邻、对位，因此，具有给电子性的取代基属于第一类定位基。的取代基属于第一类定位基。相反，具有吸电子性的取代基将使所连苯环上的电子云密度降低，并相反，具有吸电子性的取代基
34、将使所连苯环上的电子云密度降低，并且在邻、对位处降低得更多，对苯环有致钝作用，不利于亲电试剂的进攻。且在邻、对位处降低得更多，对苯环有致钝作用，不利于亲电试剂的进攻。但相比之下，在间位的电子云密度较高些，所以亲电试剂主要进入它的间但相比之下，在间位的电子云密度较高些，所以亲电试剂主要进入它的间位，因此，具有吸电子性的取代基属于第二类定位基。位，因此，具有吸电子性的取代基属于第二类定位基。卤素原子比较特殊，作为取代基它最终具有吸电子性，对苯环卤素原子比较特殊，作为取代基它最终具有吸电子性，对苯环有致钝作用。但由于它可与苯环形成有致钝作用。但由于它可与苯环形成p-共轭体系，使得在它的邻、共轭体系，
35、使得在它的邻、对位处的电子云密度比间位处稍高些，所以亲电性的进攻基团优先对位处的电子云密度比间位处稍高些，所以亲电性的进攻基团优先进入卤原子的邻、对位。卤原子也属于第一类定位基。进入卤原子的邻、对位。卤原子也属于第一类定位基。第49页，共69页。已有取代基的空间效应已有取代基的空间效应（苯环的定位规律六之二）（苯环的定位规律六之二）苯环上已有取代基的空间效应，是指空间位阻作用。如，苯环上已有取代基的空间效应，是指空间位阻作用。如，单烷基苯发生硝化时，单烷基苯发生硝化时，随着烷基体积增大，邻位异构产物的比例随着烷基体积增大，邻位异构产物的比例减小。减小。空间障碍的解释只有在已有取代基极性效应相差
36、不大时才空间障碍的解释只有在已有取代基极性效应相差不大时才能成立。如果极性效应相差较大，则极性效应起主要作用。能成立。如果极性效应相差较大，则极性效应起主要作用。如，如，卤素的原子的大小：卤素的原子的大小：FClBrI,故从故从F I空间增大；但卤素的空间增大；但卤素的正的诱导效应（正的诱导效应（I）FClBr位位苯苯l 萘环上萘环上位有一个第一类取代基，新取代基进入同环邻、对位；位有一个第一类取代基，新取代基进入同环邻、对位；l 萘环上萘环上位有一个第一类取代基，新取代基进入同环位有一个第一类取代基，新取代基进入同环位，生位，生成成1,2异构产物（个别情况生成异构产物（个别情况生成2,3异构
37、产物）；异构产物）；l 萘环上有一个第二类取代基，新取代基进入另一环上萘环上有一个第二类取代基，新取代基进入另一环上位。位。HEHE位位位位位芳正离子位芳正离子位芳正离子位芳正离子萘萘57第57页，共69页。位和位和位的活泼性。位的活泼性。与苯相比，萘环上的与苯相比，萘环上的位和位和位位都比较活泼。其中都比较活泼。其中位更活泼，在对萘进行亲电取代反应位更活泼，在对萘进行亲电取代反应时，取代基时，取代基E+优先进入优先进入位。位。例如在萘的硝化、氯化和低温磺化时，基团进入例如在萘的硝化、氯化和低温磺化时，基团进入位位和和位的比例为：位的比例为：第58页，共69页。萘环上已有取代基时的定位规律。萘
38、环上已有取代基时的定位规律。在已有一个取代基的萘环上再引入第二个取代基时，在已有一个取代基的萘环上再引入第二个取代基时，新引入取代基进入萘环的位置主要与已有取代基的类型和新引入取代基进入萘环的位置主要与已有取代基的类型和位置有关，同时也与反应试剂的类型和反应条件有关。位置有关，同时也与反应试剂的类型和反应条件有关。第59页，共69页。如果在萘环的如果在萘环的位有一个第一类定位基，则新引入位有一个第一类定位基，则新引入的取代基优先进入同环的邻或对位，并且以其中的一个位的取代基优先进入同环的邻或对位，并且以其中的一个位置为主；如果是在置为主；如果是在位，则优先进入同环的位，则优先进入同环的位。例如
39、：位。例如：第60页，共69页。如果萘环上有一个第二类定位基，则新引入的取代基如果萘环上有一个第二类定位基，则新引入的取代基主要进入没有取代基的另一个环上，并且主要是主要进入没有取代基的另一个环上，并且主要是位。位。例如：例如：第61页，共69页。5）蒽醌环的定位规律蒽醌环的定位规律l蒽醌分子中由于两个对称羰基的吸电子作用，使得在两个边环蒽醌分子中由于两个对称羰基的吸电子作用，使得在两个边环上进行亲电取代反应要比在萘和苯环上困难。上进行亲电取代反应要比在萘和苯环上困难。l 活性：活性：位位位位l 两个边环是隔离的，故一磺化时常生成相当数量的二磺化物。两个边环是隔离的，故一磺化时常生成相当数量的
40、二磺化物。l 已有一个取代基时，定位规律同萘环。已有一个取代基时，定位规律同萘环。OO蒽 醌位位位位第62页，共69页。芳香族的亲核取代是亲核试剂对芳香进攻的反应，它是通过亲核试芳香族的亲核取代是亲核试剂对芳香进攻的反应，它是通过亲核试剂优先进攻芳环上电子云最低的位置而实现的。芳香族亲核取代反应的剂优先进攻芳环上电子云最低的位置而实现的。芳香族亲核取代反应的难易程度和定位规律与亲电取代反应正好相反。难易程度和定位规律与亲电取代反应正好相反。芳香族亲核取代反应可分为：芳香族亲核取代反应可分为：芳环上氢的亲核取代、芳环上已芳环上氢的亲核取代、芳环上已有取代基的亲核取代有取代基的亲核取代（本质上为亲
41、核置换）和（本质上为亲核置换）和通过苯炔中间体的亲通过苯炔中间体的亲核取代核取代。3芳香族的亲核取代反应芳香族的亲核取代反应第63页，共69页。对于芳环上对于芳环上，由于芳环和亲核试剂的电子云密度，由于芳环和亲核试剂的电子云密度都比较高，所以这类反应较难发生。当芳环上有较强的吸电子基都比较高，所以这类反应较难发生。当芳环上有较强的吸电子基团时，在连接吸电子基团的碳原子上电子云密度下降较多，较易团时，在连接吸电子基团的碳原子上电子云密度下降较多，较易受到亲核试剂的进攻，从而发生已有取代基受到亲核试剂的进攻，从而发生已有取代基亲核取代亲核取代（）反应。这类反应在有机合成中相当重要，在许多情况下，较
42、易反应。这类反应在有机合成中相当重要，在许多情况下，较易进行，产率也较高。进行，产率也较高。3芳香族的亲核取代反应芳香族的亲核取代反应第64页，共69页。芳香族亲核取代反应历程大致可分为以下三类。芳香族亲核取代反应历程大致可分为以下三类。（1）加成）加成-消除历程（双分子历程）消除历程（双分子历程）反应分两步进反应分两步进行：行：第一步是亲核试剂第一步是亲核试剂Nu进攻芳环形成芳负离子，这个进攻芳环形成芳负离子，这个过程是速度控制步骤。过程是速度控制步骤。第二步芳负离子解离下原取代基第二步芳负离子解离下原取代基Z完成亲核取代过程。完成亲核取代过程。3芳香族的亲核取代反应芳香族的亲核取代反应第6
43、5页，共69页。当被置换基团当被置换基团Z的邻、对位有吸电子基团时，与的邻、对位有吸电子基团时，与Z相连的碳原子上的电子云密度下相连的碳原子上的电子云密度下降更多，有利于芳负离子的电荷分散，对反应有利。反之，在降更多，有利于芳负离子的电荷分散，对反应有利。反之，在Z的邻、对位有给电子基的邻、对位有给电子基团时，不利于反应的进行。团时，不利于反应的进行。例如：例如：第66页，共69页。（2）单分子历程）单分子历程 对重氮基的亲核置换属于单分子对重氮基的亲核置换属于单分子历程。以重氮盐的水解和酸解为例。历程。以重氮盐的水解和酸解为例。重氮盐首先分解产生芳基正离子，此步反应为慢反应，重氮盐首先分解产
44、生芳基正离子，此步反应为慢反应，是反应的控制步骤。是反应的控制步骤。随后是芳基正离子与水或醇反应生成酚或醚。反应速随后是芳基正离子与水或醇反应生成酚或醚。反应速度与亲核试剂的浓度无关。度与亲核试剂的浓度无关。3芳香族的亲核取代反应芳香族的亲核取代反应第67页，共69页。（3）消除）消除-加成历程（苯炔历程）加成历程（苯炔历程）在正常情况下，未被活化的芳基卤化物对一般的在正常情况下，未被活化的芳基卤化物对一般的亲核试剂表现为惰性，但对既是很强的碱又具有亲核亲核试剂表现为惰性，但对既是很强的碱又具有亲核性的试剂则表现明显的活性。性的试剂则表现明显的活性。如氯苯在液氨中可用如氯苯在液氨中可用KNH2
45、氨解；也可在高温高压氨解；也可在高温高压的条件下，用的条件下，用10%15%的的NaOH溶液处理，以羟基置溶液处理，以羟基置换氯原子。换氯原子。3芳香族的亲核取代反应芳香族的亲核取代反应第68页，共69页。这类反应是按照消除这类反应是按照消除-加成历程进行的：加成历程进行的：首先是反应物在亲核试剂作用下进行消除反应，生首先是反应物在亲核试剂作用下进行消除反应，生成苯炔中间体，然后苯炔中间体再与亲核试剂进行加成苯炔中间体，然后苯炔中间体再与亲核试剂进行加成反应，生成取代产物。反应时由于生成了中间体苯成反应，生成取代产物。反应时由于生成了中间体苯炔，故也称苯炔历程。炔，故也称苯炔历程。苯炔中间苯炔中间体体第69页，共69页。
